磁悬浮泵用叶轮、泵头、叶轮设计方法技术

本发明专利技术公开了一种磁悬浮泵用叶轮、泵头、叶轮设计方法，磁悬浮泵用叶轮包括回转主体、磁性体和多个叶片，相邻两个叶片之间形成叶道，多个叶片的前端围成进口腔室，叶片的进口的绝对液流角为90度或接近90度，叶片的进口安放角与设计工况的相对液流角相同或接近相同，叶片的进口的压力面经修削形成第一修削面，第一修削面在沿垂直轴线的截面内的投影为第一直线段。本发明专利技术基于对叶轮结构的改进设计，降低了泵头及应用该泵头的磁悬浮泵的叶片进口的冲击损失，改善了叶片进口处的流场的紊乱程度，减少了泵内的能量损耗，提高了磁悬浮泵的扬程及整体效率。同时，在泵的工作流量变化较大时，提高了非设计工况下泵的效率，提高了叶轮对流量波动的适应性。轮对流量波动的适应性。轮对流量波动的适应性。

【技术实现步骤摘要】
磁悬浮泵用叶轮、泵头、叶轮设计方法


[0001]本专利技术涉及磁悬浮
，具体的是一种磁悬浮泵用叶轮、泵头及设计方法。

技术介绍

[0002]磁悬浮电机是一种利用磁场力将转子悬浮，使转子和定子之间没有任何机械接触的磁悬浮旋转驱动器，磁悬浮电机可以是磁轴承电机、无轴承电机或无轴承薄片电机等。
[0003]磁轴承电机也称为磁轴承，是将旋转驱动的电机与轴向磁轴承或/和径向磁轴承或/和轴径混合磁轴承等结合在一起而不是集成在一起的电机。
[0004]无轴承电机是将电机旋转与悬浮功能集成在一起的电机，无轴承电机在产生旋转驱动磁场的绕组上，再加绕一套绕组产生激励磁场，两种磁场相互作用打破原有驱动磁场的平衡分布从而产生作用在转子上的径向力，通过控制电机中的径向力实现转子的悬浮。与磁轴承电机相比，无轴承电机的磁悬浮绕组绕在定子上，不占用额外的径向空间，在一定程度上克服了磁轴承的体积大和成本高的缺点。早期的无轴承电机为了实现电机转子在五个自由度上的悬浮，一般需要两个无轴承电机和一个轴向磁轴承构成。
[0005]无轴承薄片电机是一种特殊的无轴承电机，继承了无轴承电机的优点，且转子的轴向长度与直径比很小，呈薄片状，省去了轴向磁轴承，利用无轴承技术实现转子的旋转和径向上的主动悬浮，利用机械结构构成的磁路实现除径向和转子旋转自由度外的另外三个自由度的被动悬浮，具有高洁净，无析出，无颗粒，无动密封，性能优越的特点，在生物化学、医疗、半导体制造等超纯净驱动领域具有良好的应用前景。
[0006]除特别说明外，名词磁悬浮电机指利用磁场力将转子悬浮，使转子和定子之间没有任何机械接触的磁悬浮旋转驱动器。
[0007]磁悬浮电机可以组配不同功能的装配件，从而成为不同应用需求的磁悬浮设备。磁悬浮设备可以配置为磁悬浮泵，在磁悬浮泵的应用中，磁悬浮泵包括磁悬浮电机和泵头，泵头包括泵壳和设于泵壳内的叶轮，磁悬浮转子既是磁悬浮电机的转子，又是泵的叶轮的一部分，可以是例如永磁转子或短路笼式转子或磁阻转子，磁悬浮定子配置为驱动转子叶轮旋转和悬浮。
[0008]磁悬浮离心泵是一种应用磁悬浮电机技术的离心泵，是当前被认为在生物制药和半导体等领域运输超洁净、敏感、高纯度的液体的最好选择。磁悬浮离心泵的流动结构区别于传统离心泵，传统叶轮的设计方式不能完全适用，用传统的叶轮设计方式会造成泵效率低下。例如，出于轴向防碰撞及运行流量范围需求较广的考虑，磁悬浮离心泵的叶轮与泵壳之间通常设计较大的上下间隙，在叶轮与泵壳之间形成上、下二次回流，导致磁悬浮离心泵运行时流量波动较大。目前磁悬浮离心泵还存在如下技术问题：1）现有磁悬浮离心泵的叶轮与泵壳之间会产生高速高压的上间隙二次流和低速低压的下间隙二次流，叶道进口的实际流量远大于泵壳进口的流量，且由于上间隙较大，二次流占比较高，会扰动叶轮进口的主流，增加流场的紊乱程度，增大水力学损失，进而导致效率降低，压头降低。
[0009]2）现有磁悬浮离心泵产品的设计工况未考虑二次流占比的影响，导致叶片进口的设计工况相对液流角偏小，导致实际运行流量的相对液流角大于设计工况相对液流角，冲角小于零，进而导致叶片进口的冲击损失较大，且相对速度增大，导致圆盘摩擦损失增大，以及叶道内流动紊乱，水力学损失增大，最终导致效率大幅降低。
[0010]3）现有磁悬浮离心泵的运行流量范围较广，实际运行中，泵的工作流量往往是在一个区间内变化的，二次流总流量也相应变化，泵的工作流量变化较大时，导致非设计工况下泵的效率降低明显。

技术实现思路

[0011]为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种磁悬浮泵用叶轮、泵头及设计方法，其用于解决以上问题中的至少一种。
[0012]本公开实施例公开了一种磁悬浮泵用叶轮，所述叶轮包括回转主体、设于所述回转主体上的磁性体和形成于所述回转主体的第一面的多个叶片，相邻两个叶片之间形成叶道，所述多个叶片的前端围成进口腔室，所述叶片的进口的绝对液流角为90度或接近90度，所述叶片的进口安放角与设计工况的相对液流角相同或接近相同，所述叶片的进口预设长度的压力面经修削形成第一修削面，所述第一修削面在沿垂直轴线的截面内的投影为第一直线段。
[0013]进一步的，所述第一修削面与所述截面垂直或所述第一修削面与所述截面之间的夹角为锐角。
[0014]进一步的，所述叶片的进口预设长度的吸力面经修削形成第二修削面，所述第二修削面在沿垂直轴线的截面内的投影为第二直线段。
[0015]进一步的，所述第二修削面与所述截面垂直或所述第二修削面与所述截面之间的夹角为锐角。
[0016]进一步的，所述第一修削面与所述第二修削面之间的夹角定义为进口夹角，所述进口夹角的角平分线与所述进口安放角的第一边重合，所述第一边为所述叶片进口处骨线的切线。
[0017]进一步的，所述进口夹角的取值为在设计工况转速下适应设计工况的最大流量对应的相对液流角与适应设计工况的最小流量对应的相对液流角的差值，记为θ。
[0018]进一步的，所述进口夹角的取值范围为（θ
‑
5）
°
~（θ+5）
°
。
[0019]进一步的，所述叶片的压力面还包括压力曲面，所述压力曲面在沿垂直轴线的截面内的投影为压力渐开线，所述叶片的吸力面还包括吸力曲面，所述吸力曲面在沿垂直轴线的截面内的投影为吸力渐开线，所述压力曲面与所述第一修削面平滑过渡连接，所述吸力曲面与所述第二修削面平滑过渡连接。
[0020]进一步的，所述叶片为后弯式叶片，所述叶片的厚度自进口端向出口端逐渐增厚。
[0021]进一步的，所述叶片进口的压力面的修削占比为12%~16%，所述修削占比定义为修削半径与叶片前端半径的差与叶片后端半径与叶片前端半径的差的比值，修削半径为第一修削面在沿垂直轴线的截面内的投影的直线段的外端的半径长度。
[0022]进一步的，所述叶片的出口预设长度的吸力面经修削形成倒圆角形的第三修削面；所述叶片的出口的回转主体的外缘经斜切形成内高外低的斜坡面。
[0023]进一步的，所述叶轮还包括上盖板，所述上盖板中部形成有圆形通孔，所述圆形通孔的直径与所述进口腔室的直径相同。
[0024]进一步的，所述上盖板在轴线方向的高度自所述回转主体的中心向外缘逐渐降低，所述叶片顶部与所述上盖板的底部固定连接，所述叶片的底部与所述回转主体的第一面固定连接。
[0025]进一步的，所述进口腔室内设有与所述第一面平行的阻隔盘，所述阻隔盘中部与第一面通过导流台连接，所述第一面形成有多个泄压孔，所述泄压孔自所述回转主体的第二面延伸至所述第一面，所述阻隔盘外缘在径向延伸并至少覆盖所述泄压孔，且所述多个泄压孔围绕所述导流台设置。
[0026]进一步的，所述进口腔室内设有导流阻隔体，所述导流阻隔体包括盘形的阻隔部、形成于所述阻隔部一面的第一导流部和形成于所述阻隔部相对的另一面的第二导流部，所述第二导流部与所述回转主体的第一面固定连接，所述第一面形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮泵用叶轮，所述叶轮（1）包括回转主体（11）、设于所述回转主体上的磁性体（12）和形成于所述回转主体的第一面（111）的多个叶片（13），相邻两个叶片之间形成叶道（14），所述多个叶片的前端围成进口腔室（15），其特征在于，所述叶片的进口的绝对液流角（α）为90度或接近90度，所述叶片的进口安放角（β1）与设计工况的相对液流角（β
’
）相同或接近相同，所述叶片的进口预设长度的压力面（131）经修削形成第一修削面（1311），所述第一修削面在沿垂直轴线（Z）的截面（S）内的投影为第一直线段（L1）。2.根据权利要求1所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述第一修削面与所述截面垂直或所述第一修削面与所述截面之间的夹角为锐角。3.根据权利要求1所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述叶片的进口预设长度的吸力面（132）经修削形成第二修削面（1321），所述第二修削面在沿垂直轴线的截面内的投影为第二直线段（L2）。4.根据权利要求3所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述第二修削面与所述截面垂直或所述第二修削面与所述截面之间的夹角为锐角。5.根据权利要求4所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述第一修削面与所述第二修削面之间的夹角定义为进口夹角，所述进口夹角的角平分线（L3）与所述进口安放角（β1）的第一边（L4）重合，所述第一边为所述叶片进口处骨线的切线。6.根据权利要求5所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述进口夹角的取值为在设计工况转速下适应设计工况的最大流量对应的相对液流角与适应设计工况的最小流量对应的相对液流角的差值，记为θ。7.根据权利要求6所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述进口夹角的取值范围为（θ
‑
5）
°
~（θ+5）
°
。8.根据权利要求1至7任一项所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述叶片的压力面还包括压力曲面（1312），所述压力曲面在沿垂直轴线的截面内的投影为压力渐开线（L5），所述叶片的吸力面还包括吸力曲面（1322），所述吸力曲面在沿垂直轴线的截面内的投影为吸力渐开线（L6），所述压力曲面与所述第一修削面平滑过渡连接，所述吸力曲面与所述第二修削面平滑过渡连接。9.根据权利要求8所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述叶片为后弯式叶片，所述叶片的厚度自进口端向出口端逐渐增厚。10.根据权利要求9所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述叶片进口的压力面的修削占比为12%~16%，所述修削占比定义为修削半径与叶片前端半径的差与叶片后端半径与叶片前端半径的差的比值，修削半径为第一修削面在沿垂直轴线的截面内的投影的直线段的外端的半径长度。11.根据权利要求9所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述叶片的出口预设长度的吸力面经修削形成倒圆角形的第三修削面（1323）；所述叶片的出口的回转主体的外缘经斜切形成内高外低的斜坡面（114）。12.根据权利要求8所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述叶轮还包括上盖板（16），所述上盖板中部形成有圆形通孔（161），所述叶片顶部与所述上盖板的底部固定连接，所述叶片的底部与所述回转主体的第一面固定连接。13.根据权利要求12所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述上盖板在轴线方向的高
度自所述回转主体的中心向外缘逐渐降低，所述圆形通孔的直径与所述进口腔室的直径相同。14.根据权利要求12所述的磁悬浮泵用叶轮，其特征在于：所述进口腔室内设有与所述第一面平行的阻隔盘（17），所述阻隔盘中部与所述第一面通过导流台（171）连接，所述第一面形成有多个泄压孔（113），所述泄压孔自所述回转主体的第二面（112）...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鹏，潘志刚，尹成科，
申请(专利权)人：苏州苏磁智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：